CAUDALES Y CONTAMINACIÓN EN SISTEMAS DE SANEAMIENTO 2.1.- ESTIMACIÓN DE CAUDALES DE ABASTECIMIENTO Y DE AGUAS RESIDUALES EN AGLOMERACIONES URBANAS 2.1.1.- Caudales de abastecimiento 2.1.2.- Caudales en los sistemas de saneamiento en tiempo seco 2.1.3.- Variaciones diarias y estacionales de los caudales de aguas de abastecimiento y de las aguas residuales. 2.2.- CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES 2.2.1.- Introducción 2.2.2.- Cargas de contaminación de las aguas residuales urbanas 2.2.3.- El concepto de “habitante equivalente” 2.2.4.- Contaminación de las aguas de escorrentía urbana 2.2.5.- Variación temporal de la contaminación de las aguas residuales 2.2.6.- Restricciones de vertido al alcantarillado 2.3.- DOTACIONES Y PERIODO DE PROYECTO
2.1.- ESTIMACIÓN DE CAUDALES DE ABASTECIMIENTO Y DE AGUAS RESIDUALES EN AGLOMERACIONES URBANAS Se entiende por aguas de abastecimiento aquellas que son distribuidas mediante una red de conductos, generalmente a presión, con el fin de ser usadas por la población de una aglomeración urbana. Los usos pueden ser de muy diferentes tipos: uso en los hogares, en la industria, para riego, para limpieza de calles, etc. Por una red de abastecimiento puede circular tanto agua “potable” como, excepcionalmente, agua “sanitariamente permisible”, pero nunca agua “no potable”. Se entiende por aguas residuales urbanas aquellas que circulan por las redes de alcantarillado de los núcleos urbanos, generalmente en lámina libre, y que son el resultado de la mezcla de las aguas residuales domésticas (ARD), de aguas residuales industriales (ARI), de aguas de infiltración y, en función del tipo de red de alcantarillado, de aguas de escorrentía superficial urbana o aguas pluviales. Las redes de alcantarillado pueden ser unitarias o separativas. Cuando la red es unitaria todos los tipos de aguas anteriormente citados circulan por los mismos conductos. Si la red es separativa es necesario que exista una red que reciba las aguas pluviales. Las aguas residuales industriales que aparecen en los sistemas de alcantarillado urbano suelen proceder de industria de mediano y pequeño tamaño, que se encuentra dentro de los cascos urbanos. Cuando existen polígonos industriales, o la industria es muy grande, se suele disponer de redes especiales para sus aguas, que normalmente son tratadas en estaciones de depuración de aguas residuales industriales (EDARI). ISU-2009-2010
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2.1.1.- Caudales de abastecimiento En la redacción y cálculo de cualquier proyecto de abastecimiento o de saneamiento es necesario tener un conocimiento lo más preciso posible de la cantidad de agua que va a ser necesario tratar y abastecer, o conducir a través de la red de alcantarillado y depurar. Para obtener este dato es necesario disponer de dos informaciones básicas: la cantidad de población a abastecer, o sanear, y la dotación la dotación por persona y día (consumo diario per cápita). Esta dotación de abastecimiento por persona y día estará, lógicamente, directamente relacionada con la generación de aguas residuales. Estos dos datos no van a ser constantes durante la vida útil del proyecto sino que dependerán de la variación tanto de la población como de otras actividades consumidoras consumidoras de agua. También dependerán de la variación en el tiempo de los hábitos que afectan a la necesidad de agua de cada persona, colectivo ó actividad. Cuando se realiza una estimación de caudales, ya sea en abastecimiento o en saneamiento, es habitual trabajar con valores medios de consumo de agua potable o de generación de aguas residuales. El cálculo para conocer el consumo diario per cápita de una población consiste en dividir el consumo global anual de una aglomeración urbana entre el número de habitantes y entre los 365 días de año. El valor que se obtiene es un consumo medio per cápita. El agua que se suministra a una aglomeración urbana, cuyo supuesto destino último principal son las personas, en realidad se distribuye para numerosos tipos de consumos: •
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Consumo doméstico: doméstico: Incluye el suministro de agua a las viviendas, hoteles, etc. Su valor oscila en función del nivel de vida de los consumidores. Son valores habituales los que oscilan entre 50 y 200 litros por habitante y día (L/hab.d). Suele representar un 50% del volumen total que se abastece. Consumo comercial: Representa comercial: Representa el agua que se abastece a los comercios, tiendas, bares y oficinas. Viene a representar un 15%, como máximo, del agua abastecida. Consumo industrial: Agua industrial: Agua abastecida a las pequeñas industrias o talleres que se encuentran inmersas en el casco urbano. La cantidad de agua a servir a una industria se suele estimar a partir de su superficie y del tipo de productos que elabore y procesos que utilice. Las grandes industrias o bien poseen abastecimientos propios o mantienen contratos especiales con las empresas suministradoras. suministradoras. Consumo en edificios públicos: Hace públicos: Hace referencia al consumo de agua que se produce en escuelas, ayuntamientos, cárceles, equipamientos deportivos, etc.
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2.1.1.- Caudales de abastecimiento En la redacción y cálculo de cualquier proyecto de abastecimiento o de saneamiento es necesario tener un conocimiento lo más preciso posible de la cantidad de agua que va a ser necesario tratar y abastecer, o conducir a través de la red de alcantarillado y depurar. Para obtener este dato es necesario disponer de dos informaciones básicas: la cantidad de población a abastecer, o sanear, y la dotación la dotación por persona y día (consumo diario per cápita). Esta dotación de abastecimiento por persona y día estará, lógicamente, directamente relacionada con la generación de aguas residuales. Estos dos datos no van a ser constantes durante la vida útil del proyecto sino que dependerán de la variación tanto de la población como de otras actividades consumidoras consumidoras de agua. También dependerán de la variación en el tiempo de los hábitos que afectan a la necesidad de agua de cada persona, colectivo ó actividad. Cuando se realiza una estimación de caudales, ya sea en abastecimiento o en saneamiento, es habitual trabajar con valores medios de consumo de agua potable o de generación de aguas residuales. El cálculo para conocer el consumo diario per cápita de una población consiste en dividir el consumo global anual de una aglomeración urbana entre el número de habitantes y entre los 365 días de año. El valor que se obtiene es un consumo medio per cápita. El agua que se suministra a una aglomeración urbana, cuyo supuesto destino último principal son las personas, en realidad se distribuye para numerosos tipos de consumos: •
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Consumo doméstico: doméstico: Incluye el suministro de agua a las viviendas, hoteles, etc. Su valor oscila en función del nivel de vida de los consumidores. Son valores habituales los que oscilan entre 50 y 200 litros por habitante y día (L/hab.d). Suele representar un 50% del volumen total que se abastece. Consumo comercial: Representa comercial: Representa el agua que se abastece a los comercios, tiendas, bares y oficinas. Viene a representar un 15%, como máximo, del agua abastecida. Consumo industrial: Agua industrial: Agua abastecida a las pequeñas industrias o talleres que se encuentran inmersas en el casco urbano. La cantidad de agua a servir a una industria se suele estimar a partir de su superficie y del tipo de productos que elabore y procesos que utilice. Las grandes industrias o bien poseen abastecimientos propios o mantienen contratos especiales con las empresas suministradoras. suministradoras. Consumo en edificios públicos: Hace públicos: Hace referencia al consumo de agua que se produce en escuelas, ayuntamientos, cárceles, equipamientos deportivos, etc.
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Consumo municipal: Integra municipal: Integra todo el gasto de agua que se realiza cuando se lavan las calles, se limpian alcantarillas, se riegan los jardines, etc. En este apartado debe incluirse el agua utilizada para apagar incendios, que si bien no representa un excesivo gasto en el monto anual, si lo es durante el apagado de los fuegos y puede representar pérdidas importantes de presión en la red. Si el abastecimiento es pequeño hay que tener muy en cuenta los posibles volúmenes que se pueden llegar a consumir durante un incendio. Pérdidas en la red: red: El agua perdida por fugas a lo largo de la red de distribución o en los depósitos. Las redes de las ciudades son muy densas y muchas son muy antiguas. Las pérdidas son inevitables. La magnitud de estas pérdidas se reduce mediante fuertes inversiones en renovación de la red y en un adecuado mantenimiento. En este apartado se suele incluir los consumos denominados "no computados". En este tipo se incluyen los errores de lectura en los contadores, bombas y conexiones no autorizadas. Este consumo viene a representar normalmente entre un 10 y 25 % del total de agua suministrada.
Factores que afectan al consumo: •
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Tamaño de la aglomeración urbana: El urbana: El número de habitantes influye de forma directa directa sobre sobre el consumo. Una gran ciudad lleva asociados consumos importantes diferentes a los domésticos. El riego de jardines y parques, la cantidad de comercios e industrias que posea, mayor extensión de la red con mayores posibilidades de fugas, etc., induce a dotaciones per cápita mayores. Nivel de vida: vida: El aumento del nivel de vida tiende a aumentar los consumos. En el ámbito doméstico se empiezan a utilizar con mayor frecuencia los lavavajillas, se utilizan trituradores de basura, el aseo es más frecuente, etc. Una ciudad con mayor nivel de vida dispone de más parques y jardines que regar, a los que hay que añadir los espacios verdes privados si la población se distribuye en viviendas unifamiliares. Nivel de industrialización de la ciudad: ciudad: La industria, en función de los procesos de producción que incorpore tendrá más o menos necesidad de agua. La tendencia es a utilizar la menor cantidad posible de agua. Hay que tener en cuenta que el volumen de industria no tiene nada que ver con la cantidad de población y que la estimación de necesidades es diferente. Cuando se realiza un plan de abastecimiento habrá que considerar si hay polígonos industriales previstos en los planes de urbanismo. u rbanismo. Calidad de la red de distribución. distribución . Las fugas en una red de distribución están muy condicionadas por los materiales de las conducciones, el tipo de juntas utilizadas, las técnicas de puesta en obra, etc. Hay materiales que envejecen más lentamente, que son más flexibles ante asentamientos, etc. Página 3 de 38
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Clima: En regiones áridas o en épocas de calor se incrementa el uso del agua. Se emplea agua para regar los jardines, el consumo doméstico aumenta como consecuencia del aumento del número de baños, el consumo público también aumentará por regar las calles, etc. En invierno, la eliminación de la nieve mediante agua puede incrementar los consumos. Limpieza viaria: Hay ciudades que tienen por costumbre el baldeo de calles como sistema de limpieza, frente a las opciones de barrido o aspiración. Turismo: Normalmente los cálculos de dotaciones se realizan respecto a la población censada, sin embargo con el turismo aparece una punta de consumos estacional. Esta punta es mejor estudiarla de forma independiente. Tipo de control sobre el consumo: Si en un abastecimiento no se mide el consumo entonces existe desconocimiento sobre la cantidad de agua que se suministra y la forma en que se gasta. Si no hay control se cae en el derroche del recurso con gran facilidad.
A continuación se presentan diversas referencias y valores recogidos de diferentes fuentes que permiten tener un orden de magnitud de las dotaciones de abastecimiento en función de diferentes usos. En 1975 se publicaron en España las “Normas para la Redacción de Proyectos de Abastecimiento y Saneamiento de Poblaciones”, N.R.P.A.S.P., (M.O.P.U., 1975). Estas normas apuntaban que las dotaciones de abastecimiento (incluidas pérdidas) serían, salvo justificación en contra, los valores que se establecen en la tabla que se presenta a continuación. Tabla 1.- Dotaciones de abastecimiento de agua de las N.R.P.A.S.P (MOPU, 1975)
POBLACIÓN (hab) < 1000 1000 – 6000 6000 – 12000 12000 - 50000 50000 - 250000 > 250000
DOTACIÓN (L/hab·d) 100 150 200 250 300 400
Estos datos, a pesar de tener más de 25 años, son perfectamente válidos en la actualidad. La norma recomendaba un aumento anual acumulativo del 2% de la dotación asignada a la población de hecho. Por otra parte, en la elaboración del Plan Hidrológico Nacional y los Planes Hidrológicos de Cuenca se establecieron, a través de las “Instrucciones y Recomendaciones Técnicas Complementarias para la Elaboración de los Planes Hidrológicos de Cuencas ISU-2009-2010
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Intercomunitarias” (O.M. de 24 de Septiembre de 1992, B.O.E. 249 de 16 de octubre), las dotaciones futuras para diferentes horizontes, tal como aparecen en las tablas siguientes. Estas dotaciones incluyen las pérdidas en conducciones, depósitos y distribución; se refieren, por lo tanto, al punto de captación o salida de embalses, es decir, a volúmenes suministrados.
Tabla 2.- Población permanente (primer horizonte: año 2002) POBLACIÓN ABASTECIDA POR EL SISTEMA (MUNICIPIO, ÁREA METROPOLITANA, ETC.)
ACTIVIDAD INDUSTRIAL COMERCIAL
ALTA 270 300 350 410
Menos de 10.000 De 10.000 a 50.000 De 50.000 a 250.000 Más de 250.000
MEDIA 240 270 310 370
BAJA 210 240 280 330
Tabla 3.- Población permanente (segundo horizonte: año 2012) POBLACIÓN ABASTECIDA POR EL SISTEMA (MUNICIPIO, AREA METROPOLITANA, ETC.)
ACTIVIDAD INDUSTRIAL COMERCIAL
ALTA 280 310 360 410
Menos de 10.000 De 10.000 a 50.000 De 50.000 a 250.000 Más de 250.000
MEDIA 250 280 330 380
BAJA 220 250 300 350
Tabla 4.- Dotaciones máximas en litros por plaza y día de población estacional ESTABLECIMIENTO
Camping Hotel Apartamento Chalé
DOTACIÓN
120 240 150 350
El Plan Hidrológico de Galicia Costa, en su Artículo 2.6, recoge las dotaciones presentadas en las tablas anteriores y añade un escalón más de población en sus valores inferiores. Concretamente, establece valores de dotaciones desde 0 a 2000 habitantes y desde 2000 hasta 10000; para el rango de 2000 a 10000 el P.H. de Galicia Costa mantiene los valores de las directrices para aglomeraciones de menos de 10000 habitantes, y para poblaciones menores de 2000 hab. establece las siguientes dotaciones:
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Tabla 5.- Dotaciones para poblaciones menores de 2000 h. establecidas en el P.H. Galicia Costa. POBLACIÓN ABASTECIDA POR EL SISTEMA (MUNICIPIO, ÁREA METROPOLITANA, ETC.)
ACTIVIDAD INDUSTRIAL COMERCIAL
Menos de 2000
ALTA 210
Menos de 2000
230
Primer horizonte: 2002 MEDIA 195 Segundo horizonte: 2012 220
BAJA 180 205
El Instituto Nacional de Estadística de España publicó en 1999 las “Estadísticas del Agua”. En este documento se presentaban los resultados de la “Encuesta sobre suministro y tratamiento del agua, uso del agua en el sector agrario y uso del agua en la industria, correspondientes al año 1999”. Son de interés los datos sobre agua abastecida y pérdidas en la red de distribución, tanto a nivel nacional como por comunidades autónomas a lo largo de diferentes años. Tabla 6.- Indicadores sobre el agua a nivel nacional (I.N.E., 1999)
Indicadores (L/hab·d) Agua abastecida Pérdidas de agua en red % de agua perdida
1996 215 54 20
1997 225 60 21
1998 235 63 21.1
1999 246 67 21.4
Tabla 7.- Indicadores sobre el agua por comunidades autónomas en 1999(I.N.E., 1999). ABASTECIMIENTO ANDALUCÍA ARAGÓN ASTURIAS BALEARES CANARIAS CANTABRIA CASTILLA Y LEÓN CASTILLA-LA MANCHA CATALUÑA C. VALENCIANA EXTREMADURA GALICIA C. DE MADRID R. DE MURCIA C.F. NAVARRA PAIS VASCO LA RIOJA CEUTA Y MELILLA
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239 239 203 231 222 319 276 251 275 241 173 241 252 166 267 231 417 176
PÉRDIDAS DE AGUA 55 144 55 69 64 74 80 44 77 107 39 36 43 45 45 96 54 90
% DE PÉRDIDAS 18.6 37.6 23.3 22.9 22.3 22.5 17.8 14.9 21.8 30.9 18.3 13.0 14.5 21.4 14.5 29.4 11.4 33.9
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A continuación se presentan datos de consumos domésticos según los diferentes usos específicos del agua de abastecimiento: Tabla 8.- Consumos domésticos (URALITA, 1996)
Tipo de consumo Bebida Preparación de alimentos (cocina) Aseo personal diario Limpieza de casa, comprendida vajilla Lavado de ropa Water Baños Duchas
L/hab·día 2 3 20 12 13 10 300 litros por baño 50 litros por ducha
Tabla 9.- Centros con colectivos (URALITA, 1996)
Tipo de centro Colegios y cuarteles Hospitales Baños públicos Lavaderos públicos
Consumo 20 L/hab.día 150 L/hab.día 4000 L/cabina.día 1200 L/plaza
Tabla 10.- Servicios municipales (URALITA, 1996)
Tipo de servicio Riego de calles Jardines públicos Limpieza de mercados Limpieza de matadero (ganado grande) Limpieza de matadero (ganado pequeño) Retretes públicos Urinarios públicos Boca de incendio (corriente) Limpieza de alcantarillado
Consumo 1 a 1.5 L/m2 200 a 250 L/m 2.año 5 L/m2.día 300 L/cabeza 150 L/cabeza 60 L/plaza.hora 200 L/plaza.hora 4 a 5 L/s 1200 a 4800 litros pozo y día (del orden de 2 a 20 l/hab.día)
En el caso de que sea necesario estudiar el abastecimiento de una población rural puede ser necesario tener en cuenta los consumos de agua de animales o granjas.
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Tabla 11.- Consumos de agua para necesidades de granjas (URALITA, 1996) Clase de animal Caballería de trabajo Vacas Sin producción de leche Producción de leche 10-30 L/día Producción de leche 35 L/día Bueyes Ración de mantenimiento Ración de engorde Cerdos Peso 15 Kg Peso 15-55 Kg Peso 90-155 Kg Cerdas criando Ganado lanar Alimentación con pastos secos Alimentación heno, raíces y granos Alimentación piensos salados Pollos y pavos En estabulación de ganado mayor por limpieza
L/día 45 40 30-80 90 15 30 2-4.5 4-12 14 14-23 2-6 0-2.5 7 1-15 50-70
Son de interés también los valores adoptados en el Plan Hidrológico de Galicia Costa de dotación por cabeza y día de ganado. Tabla 12.- Valores de dotaciones para ganado establecidas en el P.H. de Galicia Costa.
Vacuno de leche Res mayor (agás vacún de leite) Ovino y caprino Porcino Conejos y similares Aves
Estabulada 120 L/c.d 90 L/c.d 15 L/c.d 50 L/c.d 3 L/c.d 0.5 L/c.d
No estabulada 100 L/c.d 80 L/c.d 10 L/c.d
A la hora de estimar el caudal futuro en una obra de abastecimiento o saneamiento se debe tener en cuenta la posible variación ó evolución de las dotaciones. Para describir la evolución de los consumos se utiliza un modelo del tipo: Dt = Do .( 1 + r ) T
En donde D0 es la dotación en el momento de la redacción del proyecto, tomado de cualquiera de las tablas anteriores o la cifra que se adopte justificadamente, T es el tiempo en años para el que se realiza la proyección, y r es la tasa de variación. La N.R.P.A.S.P. aconseja un valor de r del 2% (0.02). El valor que aconseja la Norma es de los años 70, y la evolución ha sido más ISU-2009-2010
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lenta en realidad. Por lo tanto, lo lógico es adoptar tasas menores del 2%; son valores habituales entre 0.5% y 1%. En España, salvo ciudades muy industrializadas como Bilbao con 600 L/h·d o Madrid con 450 L/h·d, se mantienen dotaciones por debajo de los 450 L/h·d. Las N.R.P.A.S.P. establecen un límite máximo de 600 L/h·d, que ya es un valor muy alto. Debido, entre otros factores, a la política de ahorro de agua, los valores máximos de la dotación se consideran hoy en día menores que los que fijaba las N.R.P.A.S.P. Así, en la elaboración de los Planes Hidrológicos de Cuenca, como ya se ha visto, se han fijado valores máximos de dotaciones futuras en el orden de los 400 L/h·d. Abastecimiento de agua a la industria En determinados proyectos es necesario proceder a realizar una estimación de los caudales que puede consumir una determinada zona industrial. El problema se puede enfocar desde dos puntos de vista: el análisis industria a industria (siempre de interés si hay alguna industria predominante en consumo de agua), y la realización de estimaciones más generales asociadas a la superficie industrial ya ocupada o planificada (que se pueda instalar en un futuro). En la industria los consumos son muy variados. Depende del tipo de producto que fabrique, de su actividad o del tipo de procesos que utilice. Las unidades características son del tipo “ litros por unidad de producción y día”, “litros por metro cuadrado y día”, “litros por número de operarios y día”, etc. Se suele recurrir a la estimación en detalle de los caudales de abastecimiento de las industrias más importantes y del resto el cálculo se realiza a partir del tipo de actividad o número de operarios, o cualquier otro tipo de magnitud característica. Se puede diferenciar entre el caudal para usos en proceso y el de usos asimilables a domésticos por parte de los operarios. Para la preparación del Plan Hidrológico Nacional (P.H.N.) se propusieron los siguientes valores para el caso de industria conocida.
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Tabla 13.- Dotaciones de demanda industrial (*) (cifras en metros cúbicos por empleado y día) Primer y segundo horizonte
SECTOR
Dotaciones
Refino petróleo Química … Fabricación de productos básicos, excluidos los farmacéuticos … Resto Alimentación: … Industrias, alcoholes, vinos y derivados de harina … Resto Papel: … Fabricación de pasta de papel, transformación papel y cartón … Artes gráficas y edición Curtidos Material de construcciones Transformados del caucho Textil: … Textil seco … Textil ramo del agua Transformados metálicos Resto
14.8 16.0 5.9 0.5 7.5 20.3 0.6 3.3 2.7 1.8 0.6 9.2 0.6 0.6
En el caso de gran número y variado tipo de industrias, o en el caso de polígonos o parques industriales todavía no ocupados, se suele asignar una dotación por hectárea. Estos valores suelen aplicarse a superficies brutas de industria, es decir, considerando viales, zonas ajardinadas, aparcamientos, etc. Por ejemplo, las N.R.P.A.S.P. apuntan un valor de 1.5 L/s·Ha. En el Plan Nacional de Interés Comunitario de Asturias (desarrollado por la Confederación Hidrográfica del Norte) se asignaron valores de 500 L/operario·día y 1.5 L/s·Ha. Ambos son valores relativamente altos de consumo. Para la preparación del Plan Hidrológico Nacional (P.H.N.) se adoptaron valores para los nuevos polígonos industriales de 4000 m 3/Ha·año, que equivale a 0.13 L/s·Ha aproximadamente.
2.1.2.- Caudales en los sistemas de saneamiento en tiempo seco Los valores de dotaciones de abastecimiento son útiles para el cálculo de los caudales medios de aguas residuales durante el tiempo seco. Se considera que a la red de alcantarillado llega del orden del 80 % del agua abastecida. Butler (2000), cita como referencia valores de retorno a la red de alcantarillado de un 95% de agua abastecida, en Gran Bretaña, y de un 60% en Estados Unidos. En climas cálidos, con lluvias escasas, el agua retornada a la red de alcantarillado puede ser de sólo el 40 %. Dotaciones para aguas residuales domésticas En la bibliografía se pueden encontrar diferentes recomendaciones para el cálculo de los caudales de saneamiento Para el cálculo de los caudales de saneamiento las N.R.P.A.S.P. consideran los mismos caudales que los apuntados para abastecimiento. ISU-2009-2010
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En las “Recomendaciones para redes de alcantarillado” de la Asociación Española de Abastecimiento y Saneamiento (AEAS, XXXX) se indica que para evaluar los caudales de aguas residuales se tome como base de cálculo las dotaciones previstas para el abastecimiento. El ámbito de aplicación de estas recomendaciones concierne a “la recogida y transporte de aguas pluviales y/o residuales hasta su evacuación en el medio receptor (estación depuradora, cauce fluvial, mar, etc.)”. Tabla 14.- Valores recomendados por la AEAS para el cálculo de caudales medios de aguas residuales. TIPOS DE CONSUMOS DOTACIÓN CAUDALES DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS Pequeñas poblaciones rurales 100 Poblaciones establecidas con instalaciones sanitarias 130 usuales CONSUMO INDUSTRIAL Polígonos industriales 40-70 Ciudades poco industrializadas 5-15 Ciudades medianamente industrializadas 15-40 Ciudades industrializadas 40-80 CONSUMOS DE EDIFICIOS PÚBLICOS Dotación por edificio Centros comerciales o locales públicos 10-20 Hospitales 500-1500 Oficinas 30 Oficinas 55-100 Colegios 75-125 Mercados 125-750 Hoteles 4 y 5 estrellas 350-800 Hoteles 3 estrellas 200-250 Hoteles 1 y 2 estrellas 150-300 Dotación en función del número de habitantes Hospitales 2.5 Colegios 1 Hoteles 3 Piscinas, baños, etc. 2 Mercados 2 Caudales de riego y limpieza en calles Dotación unitaria
Limpieza de viales Riego de jardines
1-1.5 2-4
UNIDADES L/hab.día L/hab.día m 3 /Ha.día L/hab.día L/hab.día L/hab.día L/persona.día L/cama.día L/m2 L/persona.día L/alumno.día L/puesto.día L/plaza.día L/plaza.día L/plaza.día L/hab·día L/hab·día L/hab·día L/hab·día L/hab·día L/m2·día L/m 2·día
Dotación en función del número de habitantes
Limpieza de viales
3
L/hab·día
La norma alemana ATV-118 “para el cálculo hidráulico de alcantarillado unitario y separativo” (1977, revisada en 1984) recomienda los siguientes valores de dotaciones de aguas residuales domésticas en zonas residenciales (zonas con poca actividad comercial y/o industrial que consuma cantidades normales de agua): Tabla 15.- Producción de aguas residuales domésticas (ATV 118)
Tamaño de la aglomeración en habitantes < 5000 5000 – 10000 10000 – 50000 50000 – 250000 > 250000 ISU-2009-2010
Dotaciones (L/hab·día) (valor medio máximo anual) 150 180 220 260 300 Página 11 de 38
La norma ATV-118 indica también que para casos específicos, como el dimensionado de depuradoras de aguas residuales, hay que emplear valores diferentes a los de la tabla anterior. Es decir, que su ámbito de aplicación es el cálculo hidráulico de conducciones. Como valores de dotaciones de efluentes de aguas residuales para pequeños núcleos de población pueden presentarse los valores adoptados para el “Plan Director de Saneamiento de los Núcleos Actualmente Aislados de la Red de Saneamiento de la comarca abarcada por el Consorcio de Aguas” en Vizcaya. Tabla 16.- Dotaciones para pequeños núcleos
Población < 50 < 125 < 400 > 400
Dotación (L/hab.d) 100 120 150 200
La norma europea EN-752-4 sobre “Sistemas de desagües y de alcantarillado exteriores a edificios” (1997), presenta en su anexo B los siguientes valores de agua residual con origen doméstico: Tabla 17.- Caudales de aguas residuales domésticas (EN-752-4)
País
Caudal (L/hab·día)
Austria
200 a 400
Dinamarca
150 a 250
Francia Alemania
150 a 200 150 a 300
Portugal Suiza Reino Unido
120 a 350 170 a 200 150 a 300
Comentario Sin tener en cuenta la infiltración Debe añadirse de un 50% a un 100% para tener en cuenta la infiltración. En función del estado y edad del sistema sanitario. Los valores no tienen en cuenta la infiltración
El ámbito de la norma EN-752-4 son los sistemas de alcantarillado desde el punto de entrada del agua residual hasta la descarga en una EDAR o medio receptor. La norma británica BS-8005 Parte 1 “Guías para la construcción de nuevos alcantarillados” recomienda, cuando no se dispone de datos de dotaciones, utilizar un valor de 220 L/hab·día (basándose en 200 litros de agua procedente de abastecimiento más un 10 % de infiltración) para estimar el caudal medio de aguas residuales (domésticas + industriales) en tiempo seco para el diseño hidráulico de un alcantarillado separativo.
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Aguas residuales industriales La norma ATV-118 asigna los siguientes valores para el cálculo de los caudales de aguas residuales industriales y/o comerciales: Tabla 18 .- Caudales de aguas residuales industriales/comerciales
Tipo de industria y/o comercio Bajo consumo de agua Consumo medio de agua Alto consumo de agua
Dotación (L/s·Ha) 0.5 1 1.5
Si no se dispone de información sobre el tipo de industria y/o comercio que se va a instalar, la norma ATV 118 recomienda un valor de 1 L/s·Ha como caudal de aguas residuales debidas a estas actividades. En Gran Bretaña, Butler (2000), recomienda que la estimación de caudales de diseño de origen industrial se realice con los siguientes valores: Tabla 19.- Caudales de aguas residuales industriales
Categoría Industria ligera Industria media Industria pesada
Caudal (L/s·Ha) Gestión convencional Gestión optimizada 2 0.5 4 1.5 8 2
La norma británica BS-8005 “Sewerage”, Parte 1, para el caso de un desarrollo industrial futuro en el que se desconozca el tipo de industria a establecerse, recomienda un valor de 2 L/s·Ha de aguas residuales para industrias con consumo normal de agua y de 4 L/s·Ha en el caso de industrias de elevado consumo o instaladas en aglomeraciones pequeñas. Infiltración En el cálculo de los caudales de una red de saneamiento es necesario tener en cuenta también las aguas de infiltración. Aguas de infiltración son aquellas que proceden del subsuelo y penetran en la red de alcantarillado a través de las juntas, tuberías defectuosas, conexiones y paredes de pozos de registro. La presencia de agua con un nivel freático elevado produce infiltraciones en las alcantarillas aumentando la cantidad de aguas residuales. En la norma ATV 118 también se considera infiltración las conexiones clandestinas de vertidos así como el acceso de aguas superficiales a través de pozos de registro en redes separativas. La calidad de los materiales de la red y el grado de mantenimiento son factores que determinan la importancia de las infiltraciones. La infiltración puede oscilar entre 0.01 y 1.0 m 3/d·mm-km (metros cúbicos día por milímetro de diámetro de tubería por kilómetro), e incluso más. El número de milímetros-kilómetros de una ISU-2009-2010
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red es la suma de los productos de los diámetros de las alcantarillas, expresados en milímetros, por las longitudes expresadas en kilómetros de las alcantarillas correspondientes a esos diámetros. La norma ATV 118 recomienda para el diseño hidráulico del alcantarillado emplear un caudal de aguas de infiltración igual al 100 % el caudal de agua residual de tiempo seco (doméstico + comercial/industrial), pero permite utilizar otros valores si se dispone información complementaria. Como ya se indicó previamente, la norma británica BS-8005 “Sewerage”, Parte 1, recomienda un caudal de infiltración equivalente al 10 % del caudal medio de aguas residuales (domésticas+industriales). La ATV 128 (1992), “Estándares para el dimensionado y diseño de estructuras para aguas de tormenta en alcantarillados unitarios”, propone valores de infiltración de 0.15 L/s por Ha impermeable. En la bibliografía se pueden encontrar algunas expresiones más específicas para el cálculo de la infiltración. Estas expresiones tienen en cuenta el área servida por los colectores (en metros cuadrados) o ramales que, multiplican por un coeficiente dependiente del tipo de red (nueva o ya construida): a) Redes construidas: Área < 100.000 m 2 Área > 100.000 m 2
K = 5.773 ⋅10 −5 K = 8.422 ⋅10 5 ⋅ e ( −0.164⋅( Ln (área )−9.21))
b) Redes nuevas: Área < 405.000 m2 Área > 405.000 m2
K = 1.646 ⋅ 10 −5 K = 4.998 ⋅ 105 ⋅ e ( −0.30⋅( Ln (área )−9.21))
La Norma EN 752-3 (1996) señala que si existe riesgo de entrada de aguas no previstas y ajenas a las acometidas y colectores se llevarán a cabo investigaciones para determinar el alcance de este riesgo.
2.1.3.- Variaciones diarias y estacionales de los caudales de aguas de abastecimiento y de las aguas residuales. En apartados anteriores se han revisado una serie de metodologías para determinar el caudal medio de aguas de abastecimiento y de aguas residuales urbanas, sin embargo, hace falta tener en cuenta tanto las variaciones de caudal a lo largo del día como las que se producen a lo largo del año. Las variaciones entre días a lo largo de un año pueden ser del orden de 1.4 veces la dotación media diaria en ciudades normales, pudiendo oscilar entre 1.2 y 1.8. Esta variación depende fundamentalmente de las estaciones del año. ISU-2009-2010
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Durante el día la variación de los consumos es muy importante. La generación de aguas residuales acompaña a las actividades que la población realiza a lo largo del día. Se han de esperar consumos bajos durante la noche (caudal mínimo) y un par de puntas a la hora de las comidas más importantes: la comida (más intensa) y la cena.
Hidrogramas medios 2 1,8 1,6 1,4 l 1,2 a d u 1 a C 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0:00
3:00
6:00
9:00
Promedio de Caudal
12:00
15:00
Hora Fin de semana
18:00
21:00
0:00
Laborable
Figura 1.- Curva de variación diaria de caudales de aguas residuales en la subcuenca Arroyo del Fresno (190.000 hab.), Madrid. (PROMEDSU, 2001)
Hidrogramas medios 200 180 160 ) 140 s / l ( 120 l a 100 d u 80 a C 60 40 20 0 0:00
3:00
6:00
9:00
Promedio de Caudal
12:00
15:00
Hora Fin de semana
18:00
21:00
0:00
Laborable
Figura 2.- Curva de variación diaria de caudales de aguas residuales de verano en la subcuenca Triana (18.000 hab.), Sevilla (PROMEDSU, 2001).
A la relación entre los caudales máximo horario y medio horario se denomina coeficiente punta de tiempo seco. Por ejemplo, para dimensionar las tuberías de abastecimiento se debe tomar la máxima punta horaria diaria del año. Interesa el máximo anual, no sólo el máximo caudal horario de un día, por lo que la relación será la siguiente:
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Cp =
consumo horario consumo
medio
máximo anual horario
anual
La N.R.P.A.S.P. aconseja un valor Cp de 2.4, salvo justificación en contra; este es un valor igualitario sin distinciones de ningún tipo. Sin embargo, la variación de los caudales a lo largo del día puede adoptar diferentes formas según las costumbres, infraestructura de cada población y, sobre todo, del tamaño de la población. En la siguiente figura se presentan 3 curvas de generación de agua residual para diferentes tamaños de población en Francia.
Figura 3.-Distribución de caudales de aguas residuales en tres rangos de población (Coste, 1980; citado por Collado, 1991)
Según estudios del Canal de Isabel II (Madrid), los valores del Cp según el tamaño de la población deben ser los siguientes: Tabla 20.- Coeficientes punta en función de la población
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Cp
TAMAÑO DE POBLACIÓN (hab)
18.5 10.5 5.5 4 3 2.6 2.5 2.4 1.9
40 80 200 400 1000 2000 4000 6000 >100000
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Conforme la población es mayor la simultaneidad del consumo de agua aumenta, aumentando el caudal medio base y, por lo tanto, disminuye el coeficiente punta. En la figura siguiente se representa el valor del coeficiente punta para un rango de población de 50 a 12.000 habitantes. Puede observarse que en poblaciones menores de 1000 habitantes el caudal máximo oscila entre 6 y 9 veces el caudal medio.
Figura 4.- Variación del coeficiente punta con la población ( Eric, 1988; citado por Collado, 1991)
Incluso debe hacerse una estimación de otro tipo de variaciones: estacionales, ciudades dormitorio, turismo, actividades regionales o locales, etc. Por ejemplo, Neila, pequeña población de 925 habitantes situada en el Espacio Natural de Sierra de La Demanda (Burgos), en verano presenta una variación de caudal horario a lo largo del día de la forma siguiente: 4
Domingo Lunes
s 3 / L , l a d u a 2 c
1 9:00
12:00
15:00
18:00
21:00
tiempo, h Figura 5.- Variación horaria de caudal en Neila (Burgos) en un día de verano (Suárez y Jácome, 1999)
Seguidamente se presenta tabulada una revisión bibliográfica sobre coeficientes punta. ISU-2009-2010
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Tabla 21.- Revisión de fórmulas de cálculo de coeficientes punta de caudal (Tejero et al., 2001) TIPO DE FÓRMULAS
CAUDAL PUNTA
CAUDAL MÍNIMO
p = población en miles de habitantes
SEGÚN LA POBLACIÓN Giff (1945) citado por Munksgaard y Young (1980) Tchabanouglous, T. (1985)
Q punta =
1/ 6
5 1/ 6
p
⋅ Qm
Qmin =
p
5
⋅ Qm
Bábit (1952)
Q punta = Stanley y Kaufman, (1953) Atribuida a Harman (1918)
COMENTARIOS
5 p 0.2
Q punta = 1 +
Qm = Caudal medio. Obtenido con datos de Johnson (1942) y Harmon (1918), más los de Metcalf y Eddy (1955), y los de Kessler y Norgaard (1942). Válida para poblaciones menores de 200.000 habitantes. Válida para 1 < p < 1000 P en miles de habitantes
⋅ Qm
14
⋅ Qm 4 + p
Qmin = 0.5 ⋅ Qm
Qmax en m3 /s Datos procedentes de 12 ciudades americanas con sistemas separativo. Válidas para ciudades entre 3500 y 30000 habitantes.
Pierce and Maslanik, (1978) Qmax− mensual = 0. 011⋅ p − 0. 0117
Qmax− horario = 0. 046 ⋅ − 0. 099
Fair and Geyer (1954)
Butler,2000
Q punta = 1 +
18 + p
⋅ Qm
4 + p
SEGÚN CAUDALES MEDIOS Catalá, (1988)
Q punta = 1.5 +
2.5 Qm
⋅ Qm
M.O.P.U. (1983)
2.575 Q punta = 1.15 + 0.25 ⋅ Qm Qm Confederación del Norte
Qm en L/s. Recogida de la Instrucción francesa para aguas residuales domésticas. Válido para coeficiente punta menor de 4 Para industriales coeficiente entre 2 y 3. Qm en m3 /h
Hidrográfica Para Qm< 2 L/s − Q punta = 5.51 ⋅ Qm0.80 ⋅ Qm
(
)
Para Qm> 2 L/s Q punta = (1 + 2.62 ⋅ Qm−0.275 )⋅ Qm ASCE MANUAL Nº 60
Q punta = (3.687 ⋅ Qm−0.073 )⋅ Qm
(continúa tabla) ISU-2009-2010
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TIPO DE FÓRMULAS
COMENTARIOS
A PARTIR DE OBSERVACIONES Ciudades de EE.UU. por Steel Pequeñas zonas residenciales ....... Qpunta = 2.25 . Qm y McGhee, (1981) Zonas comerciales .......Qpunta = 1.5 . Qm Ciudad con proporción normal de comercio e industria.. Qpunta = 1.5 Qm
Coeficientes punta consumo de agua. Hernández, (1990) Gaines (1989)
de Ciudades pequeñas, rústicas, residenciales....... Cp = 2.4 Ciudades mayores de 100000 h. e industrialización media...1.8≥Cp ≥ 2.4 Ciudades mayores de 800000 h. y fuertemente industrializ. 1.4≥Cp ≥ 1.8
Q punta = 2.18 ⋅ Q
−0.064
Caudal en L/s
WPCF – WEF Cp entre 1.2 a 4 en comunidades menores de 1000 habitantes. Manual of Practice Nº 8, Cp entre 1.5 y 3 en comunidades entre 1000 y 10000 habitantes. (1977) Cp del orden de 2 en comunidades mayores de 100000 habitantes
La AEAS (XXXX) recomienda utilizar los siguientes coeficientes punta: a) Coeficiente punta horario: C p,h Cp,h = 1.4 en poblaciones con abastecimientos de mayores de 10 7 m3/año Cp,h = 1.8 en poblaciones con abastecimientos inferiores a 0.3·10 6 m3/año El consumo citado de 107 m 3 /año, para una dotación de 250 L/hab·d, equivale a una población de unos 110.000 habitantes, mientras que el valor de 0.3 x 106 m3 /año equivale a una población de unos 3.300 habitantes.
b) Coeficiente punta semanal: C p,s Con valores comprendidos entre 1.03 y 1.10 c) Coeficiente punta estacional o anual: C p,est Con valores comprendidos entre 1.35 y 1.45 La norma ATV-118 define un único valor de caudal punta de 5 L/s por cada 1000 habitantes para el cálculo hidráulico del alcantarillado. Sin embargo, esto no implica que el valor del coeficiente punta sea único sino que depende del tamaño de la población y de la fracción del día con valores punta de caudal, tal como se aprecia en la siguiente tabla: Tabla 22.- Coeficientes punta para caudales de aguas residuales domésticas (adaptada de ATV 118, 1977)
Tamaño de la aglomeración en habitantes < 5000 5000 – 10000 10000 – 50000 50000 – 250000 > 250000
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Fracción del día Caudal punta con valores (L/s·1000 punta hab) 1/8 1/10 1/12 1/14 1/16
Aprox. 5
Dotaciones (L/hab·día) (valor medio máximo anual) 150 180 220 260 300
Coeficientes punta aproximados > 2.9 2.9 a 2.4 2.4 a 2 2 a 1.7 < 1.7
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La norma europea EN-752-4 sobre “Sistemas de desagües y de alcantarillado exteriores a edificios” (1997), en su anexo B presenta los siguientes valores de caudales punta de agua residual con origen doméstico: Tabla 23.- Caudales punta domésticos de cálculo País
Caudal punta de cálculo
Comentario
Incluye un margen de 3 L/s para tener en cuenta la infiltración. Las alcantarillas se diseñan para media sección (los colectores de DN>500 lo son para tres cuartos de sección) De 4 a 6 L/s por cada 1000 Dependiendo del tamaño del área de captación, excluyendo de un 50% a habitantes un 100% para tener en cuenta la infiltración. De 1.5 a 4 veces el caudal medio De 1.5 a 4.0 es el coeficiente de punta, depende de la situación de la alcantarilla, de su pendiente, su tamaño y del tamaño de la localidad. Para el cálculo de alcantarillado. Se 5 L/s por cada 1000 habitantes tienen en cuenta infiltraciones y caudales no calculados.
8 L/s por cada 1000 habitantes
Austria
Dinamarca
Francia
Alemania
4 L/s por cada 1000 habitantes ó Para el cálculo de estaciones de 200 L/hab·d tratamiento y para el tratamiento de aguas de avenida de tormentas.
De 2 a 5 veces el caudal medio. De 6 L/s a 7 L/s por cada 1000 Se emplean a menudo caudales de 8 L/s a 10 L/s por cada 1000 habitantes habitantes
Portugal Suiza
para tener en cuenta los caudales de agua debidos a actividades industriales. Por encima de 6 veces el caudal Depende del área de captación. Se tiene en cuenta la infiltración. Válido medio para pequeñas cuencas.
Reino Unido
ESTUDIO COMPARATIVO DE FÓRMULAS DE COEFICIENTES PUNTA
14,0 12,0 10,0
Giff (1980) Hernández, 1990)
8,0
Stanley y Kaufman (1953) Catalá (1988)
6,0
MOPU (1983) Canal YII
4,0 2,0 0,0 10
100
1000
10000
100000
Figura 6.- Representación gráfica de los valores de diferentes fórmulas de cálculo de coeficientes punta.
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ESTUDIO COMPARATIVO DE FÓRMULAS DE COEFICIENTES PUNTA
4.0 3.5 3.0 2.5
Giff (1980) Hernández, 1990)
2.0
Stanley y Kaufman (1953) Catalá (1988)
1.5
MOPU (1983) Canal YII
1.0 0.5 0.0 10000
30000
50000
70000
90000
Figura 7.- Representación gráfica de los valores de diferentes fórmulas de cálculo de coeficientes punta. Como ya se ha comentado, es durante la noche cuando se producen los caudales mínimos en las redes de alcantarillado. La AEAS recomienda como caudal m ínimo el caudal medio afectado de un coeficiente de reducción dependiente del tamaño de la población. Tabla 24.- Coeficientes para el cálculo de los caudales mínimos de la AEAS. Población Entre 100.000 y 250.000 Entre 250.000 y 400.000 Más de 400.000
Coeficiente 0.5 0.6 0.7
En el momento de realizar el cálculo de los caudales de aguas residuales industriales también es necesario considerar un coeficiente punta de variación. Por ejemplo, las N.R.P.A.S.P. apuntan un valor de 1.5 L/s.Ha, con un coeficiente punta de 3. Este coeficiente punta quiere decir, aproximadamente, que en el polígono sólo se trabaja durante ocho horas al día. Este valor de la Norma es muy elevado y pueden dar lugar a grandes sobredimensionamientos. La Norma Alemana ATV-128, “Standard for the dimensioning and desing of stormwater structures in combined sewers”, propone el siguiente valor de coeficiente punta para las aguas residuales industriales: Cpindustrial= (24/horas jornada laboral) * (365/nº de días trabajados al año) Para una industria que trabaje 8 horas al día y 220 días al año el Cp es de 4.97. Una industria que trabaje 16 horas al día y 220 días al año tendría como Cp el valor de 2.5.
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2.2.- CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES La contaminación de las aguas residuales urbanas procede, fundamentalmente, de las aguas residuales domésticas y de las aguas residuales industriales. Los excrementos humanos son responsables de una gran parte de la contaminación de las aguas residuales urbanas. Los adultos producen del orden de 200 - 300 g de heces al día y del orden de 1 - 3 Kg de orina al día. Las heces representan del orden de 25-30 g/hab.día de DBO y la orina del orden de 10 g de DBO 5/hab·día, que representan el 60% de los compuestos orgánicos que aparecen en las aguas residuales. También los excrementos son una fuente importante de nutrientes. El 94% del nitrógeno orgánico del agua residual procede de ellos. De ese porcentaje el 50% proviene de la orina (urea), qué rápidamente se convierte por vía aerobia o anaerobia en nitrógeno amoniacal. Como ya se ha dicho anteriormente, aproximadamente el 50% del agua residual procede de origen humano. A las redes de alcantarillado unitario puede que también se viertan lixiviados de vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU).
2.2.1.- Habitante equivalente Cuando la contaminación que circula por la red de alcantarillado procede de industrias o granjas, u otro tipo de origen diferente al doméstico, entonces las dotaciones de contaminación que se han definido anteriormente pueden resultar inaplicables. Para poder trabajar con unidades homogéneas a la hora de estimar cargas de contaminación se ha establecido el concepto de habitante-equivalente ( h-e). La Directiva 91/271/CEE de 21 de mayo de 1991, sobre tratamiento de las aguas residuales urbanas, define que 1 habitante-equivalente (1 h-e) aporta “una carga orgánica biodegradable con una demanda bioquímica de oxígeno de 5 días (DBO 5) de 60 g de oxígeno por día”. A partir de este tipo de equivalencia es posible expresar la contaminación de una industria, una ciudad, una granja, etc., para un contaminante dado, como si hubiera sido producida por población humana. Por ejemplo, si una persona o habitante produce una contaminación en DBO5 de 60 g/d, una industria que vierte diariamente 60 Kg de DBO 5, equivaldrá a una población de 100 h-e. Los kilos/día que vierte una determinada actividad se calculan multiplicando los caudales por las concentraciones. En este sentido se hablará de habitantesequivalentes que trata una determinada EDAR. En el caso de aguas residuales pecuarias, una vaca equivale a 10 h-e, o un cerdo equivale a 3 h-e, en ambos casos sobre la base de DBO 5. Otra forma de expresar las cargas de contaminación que generan los animales es como gramos de contaminante por cabeza por día (g DBO5/cabeza/d). En la industria es normal hablar de carga de contaminante por unidad de producción o de carga por unidad de superficie (g/d/Ha).
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2.2.2.- Cargas de contaminación en las A.R.U. Para estimar la concentración de los principales componentes de las aguas residuales urbanas se suele utilizar una dotación de contaminante. Las unidades de estas dotaciones son gramos por habitante y día (g/hab·d) de contaminante. En aguas residuales urbanas, sin una gran incidencia industrial, se pueden adoptar las siguientes dotaciones de contaminación de DBO 5 y SS expresadas en g/hab.d: Tabla 25.- Aporte de DBO y SS según el tipo de red y de población RED SEPARATIVA RED UNITARIA
DBO5 50 60 75
Zona residencial Núcleo de población Núcleo de población
SS 50 75 90
La tabla anterior relaciona el aporte de contaminación con el tipo de alcantarillado y de población. Se deduce de la tabla que una zona residencial generará aguas residuales poco cargadas, ya que se consume más agua y se aporta menos contaminación. No siempre se relaciona la contaminación doméstica con el tipo de red de saneamiento o el tamaño o tipo de población. Sin embargo, en la literatura se pueden encontrar referencias que permiten, por ejemplo, diferenciar el aporte de sólidos orgánicos e inorgánicos. Es el caso de las siguientes referencias que se presentan a continuación: Tabla 26.- Aporte diario per cápita de sólidos y DBO 5 en las aguas residuales domésticas (en gramos) (Fuente: Dewisme, 2001)
Estado de los sólidos
Inorgánicos
Orgánicos
Totales
DBO5
En suspensión Sedimentables No sedimentables Disueltos
25 15 10 80
65 39 26 80
90 54 36 160
Imhoff 42 19 23 12
Totales
105
145
250
54
Fair-Geyer 41 16 25 16 57
Tabla 27.- Nitrógeno y fósforo aportado por habitante y día en las aguas residuales (Fuente: Dewisme, E., 2001)
PARÁMETRO Nitrógeno amoniacal NTK Fósforo (PO4=) Detergentes
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DOTACIÓN (g/hab·d) 3 a 10 6.5 a 13 4a8 7 a 12
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Tabla 28.- Contaminación aportada por habitante y día en las aguas residuales (adaptada de Ainger et al, 1997, referida por Butler, 2000)
TIPO DE PARÁMETRO FÍSICOS
PARÁMETRO SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN Volátiles Fijos SÓLIDOS TOTALES
DOTACIÓN (g/hab·día)
QUÍMICOS
DBO5 Soluble Particulada Total
20 40 60
DQO Soluble Particulada Total
35 75 110
COT
40
NITRÓGENO Orgánico Amonio Nitritos Nitratos Total
4 8 0 0 12
FÓSFORO Orgánico Inorgánico Total
1 2 3
Sulfatos
20
48 12 60
La tabla siguiente muestra la aportación per cápita de contaminación en diferentes países. Tabla 29.- Cargas per cápita de contaminantes en diferentes países (Fuente: Henze, 1995) Dinamarca
Brasil
Egipto
Alemania
India
Italia
Suecia
Turquía
Uganda
USA
20-25 30-35 5-7 1.5-2 0.8-1.2
20-25 20-25 3-5 0.6-1 0.5-1
10-15 15-25 3-5 0.4-0.6 0.4-0.5
20-25 30-35 4-6 1.2-1.6 0.7-1.0
10-15
18-22 20-30 3-5 0.6-1 0.5-1
25-30 30-35 4-6 0.8-1.2 0.7-1
10-15 15-25 3-5 0.4-0.6 0.3-0.5
20-25 15-20 3-5 0.4-0.6
30-35 30-35 5-7 1.5-2 0.8-1.2
MO y nutrientes (kg/hab.año) DBO5 SS N-total P-total Detergentes Metales (g/hab·año) Fenoles Hg Pb Cr Zn Cd Ni Se cumple generalmente:
10-20 0.1-0.2 5-10 2-4 15-30 0.2-0.4 2-4
3-10 0.01-0.2 5-10 2-4 15-30 DQO = (2-2.5) x DBO
3-10 0.02-0.04 5-10 2-4 15-30 SSV = (0.7-0.8) x SS
0.1-0.2 5-10 0.5-1.5 10-20 0.5-0.7 0.5-1
3-10 0.01-0.02 5-10 2-4 15-30 N-NH3 = (0.6-0.7) x N-total
En cierta medida el nivel de vida de las poblaciones va a tener incidencia sobre el aporte per cápita de contaminación. Otra razón atendería a aspectos de carácter cultural. Los países de ISU-2009-2010
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nuestro entorno, como Italia y Alemania, no difieren mayormente de los valores reseñados de aporte por habitante y día de contaminación, y podrían ser una buena referencia. Así mismo, la Agence de l’Eau Loire-Bretagne aporta de un modo resumido la siguiente composición para las aguas residuales domésticas: Tabla 30.- Contaminación de las aguas residuales domésticas 100 - 150 L/hab.día Caudal máximo 30 - 50 L/hab.día Caudal máximo de aguas fecales 50 g DBO5 /hab.día Materias oxidables 35 - 50 g MES /hab.día Materias en suspensión 10 - 13 g/hab.día Nitrógeno total 4 g/hab.día Fósforo total 18 10 10 - 10 CF/100mL Carga bacteriológica Fuente: Agence de l’Eau Loire-Bretagne ( año)
Desde el punto de vista de salud pública el contaminante que genera mayor preocupación ciudadana es el bacteriológico. Los humanos y animales excretan una gran cantidad de microorganismos con las aguas residuales tal como se precia en la siguiente tabla: Tabla 31.- Producción media estimada de microorganismos indicadores DENSIDAD MEDIA DE PRODUCCIÓN MEDIA / INDICADOR/ g HECES INDIVIDUO.DÍA ANIMAL Hombre Pollo Vaca
CF (*106) 13.0 1.30 0.23
EF (*106) 3.0 3.4 1.3
CF (*106) 2000 240 5400
EF (*106) 450 620 31000
CF/EF 4.4 0.4 0.2
Según Henze (1995), la variación de la composición de las aguas residuales domésticas y urbanas según el lugar y en el tiempo, se debe en cierta medida a las variaciones en las cantidades eliminadas de sustancias, pero la principal razón estriba en la variación del consumo de agua, y en las infiltraciones o fugas en la red de alcantarillado. A continuación se presentan en forma de tablas la composición o concentración de las aguas residuales urbanas.
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Tabla 32.- Composición típica de agua residual doméstica bruta (Metcalf-Eddy, 1985) (todas la unidades en mg/L menos los Sólidos Sedimentables)
CONSTITUYENTE SÓLIDOS TOTALES Disueltos (SD) SD fijos (SDF) SD volátiles (SDV) En Suspensión (SS) SS fijos SSF SS volátiles SSV SÓLIDOS SEDIMENTABLES (mL/L) DBO5 COT DQO NITRÓGENO (total como N) Orgánico Amoniaco libre Nitritos Nitratos FÓSFORO (total como P) Orgánico Inorgánico CLORUROS ALCALINIDAD (como CO3Ca) GRASA
CONCENTRACIÓN FUERTE MEDIA DÉBIL 1200 720 350 850 500 250 525 300 145 325 200 105 350 220 100 75 55 20 275 165 80 20 10 5 400 220 110 290 160 80 1000 500 250 85 40 20 35 15 8 50 25 12 0 0 0 0 0 0 15 8 4 5 3 1 10 5 3 100 50 30 200 100 50 150 100 50
Las organizaciones americanas (Water Environment Federation, WEF, y American Society of Civil Engineering, ASCE) dan la siguiente tabla de composición media de las aguas residuales domésticas: Tabla 33.- Características de las aguas residuales domésticas (Fuente: WEF - ASCE, 1992) Concentración en mg/L Parámetro Soluble Suspensión Total Sólidos en suspensión: SSV 190 SSF 50 SST 240 DBO5 65 135 200 DQO 130 260 400 Nitrógeno total 20 10 30 Fósforo total 5 2 7
El Manual de Tratamiento de Aguas de PRIDESA (1995) presenta la siguiente tabla de características de aguas residuales urbanas en España:
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Tabla 34.- Características de un agua residual urbana tipo (Fuente: PRIDESA, 1995) Parámetro Unidad mg/L 370 SS total • SS sedimentable Degradable orgánica mg/L 112 Inerte mg/L 45 orgánica Mineral mg/L 67 Total MS sedimentable mg/L 224 % 60.5% • SS coloidal Degradable orgánica mg/L 73 Inerte orgánica mg/L 24 Mineral mg/L 44 Total MS coloidal mg/L 140 % 39.5% DBO5 total • DBO5 disuelta Degradación rápida mg/L 66 Degradación lenta mg/L 69 Total DBO5 disuelta mg/L 135 % 45 • DBO5 suspendida DBO5 sedimentable mg/L 100 DBO5 coloidal mg/L 65 Total DBO5 suspendida mg/L 165 % 55 mg/L 60 NTK agua bruta mg/L 54 NTK agua decantada mg/L 14-15 P agua bruta mg/L 12 P agua decantada SS : materia suspendida o sólidos en suspensión
Pueden encontrarse valores muy altos: • En lugares con escasa aportación de agua potable o con limitación de aparatos sanitarios • En ciudades con industria agroalimentaria importante. Se encuentran valores bajos: • En ciudades con red de saneamiento en mal estado, ya que puede drenar el terreno. • En ciudades con industrias poco contaminantes, especialmente si vierten aguas de refrigeración. Las tablas siguientes presentadas por Henze (1995) son muy interesantes por ser un análisis muy detallado acerca de la composición de las aguas residuales domésticas basado en muchos años de investigación aplicada, fundamentalmente en Dinamarca y el norte de Europa.
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Tabla 35.- Contenido típico de materia orgánica en aguas residuales domésticas (Fuente: Henze,1995) Parámetros DBO última 7 días 5 días
Unidades
Disuelta Disuelta, muy fácilmente degradable Después de 2 horas de decantación
DQO con dicromato Total
Disuelta Suspendida Después de 2 horas de decantación Inerte, total Disuelta Suspendida Degradable, total Disuelta, muy fácilmente degradable Fácilmente degradable Lentamente degradable Biomasa heterotrofa Biomasa desnitrificante Biomasa autotrofa DQO con permanganato Total Disuelta COT Carbohidratos Proteínas Ácidos grasos Grasas Detergentes Grasas y aceites Fenoles 1) g/m3 = mg/L = ppm
1)
Tipo de agua residual Concentrada Moderada Diluida Muy diluida
g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3
530 400 350 140 70 250
380 290 250 100 50 175
230 170 150 60 30 110
150 115 100 40 20 70
g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3 g O2 / m3
740 300 440 530 180 30 150 560 90 180 290 120 80 1
530 210 320 370 130 20 110 400 60 130 210 90 60 1
320 130 190 230 80 15 65 240 40 75 125 55 40 0.5
210 80 130 150 50 10 40 160 25 50 85 35 25 0.5
g O2 / m3 g O2 / m3 g C / m3 g C / m3 g C / m3 g C / m3 g C / m3 g C / m3 g / m3 g / m3
210 80 250 40 25 65 25 15 100 0.2
150 60 180 25 18 45 18 10 70 0.15
90 35 110 15 11 25 11 6 40 0.1
60 25 70 10 7 18 7 4 30 0.05
Tabla 36.- Contenido típico de nutrientes en aguas residuales domésticas (Fuente: Henze, 1995) Parámetros
Unidades
Nitrógeno total Nitrógeno amoniacal Nitritos Nitratos Nitrógeno orgánico NTK
2)
Concentrada
Tipo de agua residual Moderada Diluida
Muy diluida
3
80
50
30
20
g N /m3
50
30
18
12
g N /m3
0.1
0.1
0.1
0.1
g N /m
3
0.5
0.5
0.5
0.5
g N /m
3
30
20
12
8
g N /m3
80
50
30
20
16 (10)
10 (6)
6 (4)
14 (10)
10 (7)
6 (4)
4 (3)
g N /m 1)
3)
g P /m
3
Ortofosfatos
g P /m
3
Polifosfatos
g P /m 3
5 (0)
3 (0)
2 (0)
1 (0)
3
4 (4)
3 (3)
2 (2)
1 (1)
Fósforo total
Fósforo orgánico
g P /m
23 (14)
4)
1)
NH3 + NH4
2)
N. orgánico + NH3 + NH4
3)
g/m3 = mg/L = ppm
4)
Los valores entre paréntesis son para áreas en las que usan detergentes sin fosfatos
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Tabla 37.- Contenido en metales típico de aguas residuales domésticas (Fuente: Henze, 1995) Tipo de agua residual 1) Parámetros Unidades Concentrada Moderada Diluida Muy diluida 3 Aluminio mg Al / m 1000 650 400 250 Arsénico mg As / m3 5 3 2 1 3 Cadmio mg Cd / m 4 2 2 1 3 Cromo mg Cr / m 40 25 15 10 3 Cobalto mg Co / m 2 1 1 0.5 3 Cobre mg Cu / m 100 70 40 30 3 Hierro mg Fe / m 1500 1000 600 400 3 Plomo mg Pb / m 80 65 30 25 3 Manganeso mg Mn / m 150 100 60 40 3 Mercurio mg Hg / m 3 2 1 1 Niquel mg Ni / m3 40 25 15 10 Plata mg Ag / m3 10 7 4 3 Zinc mg Zn / m3 300 200 130 80 1)
mg/m3 = µg/L = ppb
Tabla 38.- Diferentes parámetros de aguas residuales domésticas (Fuente: Henze, 1995)
Tipo de agua residual Moderada Diluida 300 190 210 140 7 4
Parámetros SS SSV S Sedimentables (2h)
Unidades g / m3 g / m3 mL / L
Concentrada 450 320 10
SS Sedimentables (2h)
g / m3
320
210
140
80
SSV Sedimentables (2h)
g / m3
220
150
90
60
SS No Sedimentables (2h)
g / m3
130
90
50
40
Coliformes fecales
No. / m3
1012
1012
1012
1012
Viscosidad absoluta
kg / m·s
0.001
0.001
0.001
0.001
Tensión superficial
dyn / cm2
50
55
60
65
120 7-8 3-7 0.1 0.05 500 1
100 7-8 3-7 0.1 0.035 360 0.7
80 7-8 3-7 0.1 0.02 280 0.4
70 7-8 3-7 0.1 0.015 200 0.3
Conductividad mS / m 1) pH Alcalinidad Total eqv / m3 2) 3) Sulfuros g S= / m3 3 Cianuro g / m Cloruros 4) g Cl- / m3 Boro g B / m3 1) mS/m = 10 µS/cm = 1m mho/m 2) 1 eqv/m3 = 1 m eq/L = 50 mg CaCO3 /L 3) H2S+HS-+S-4) con 100 g Cl/m3 en el agua de abastecimiento
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Muy diluida 120 80 3
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2.2.3.- Contaminación de las aguas de escorrentía urbana Se entiende por aguas de escorrentía urbana aquellas que proceden de las precipitaciones de nieve o lluvia sobre una cuenca urbana. Son aportaciones de carácter intermitente. Los caudales en un área urbanizada suelen ser del orden de 50 a 200 veces superiores en volumen a los de vertidos domésticos, comerciales e industriales. La superficie de una ciudad que recibe la lluvia es de dos tipos: impermeable y permeable. Las que predominan son las impermeables en edificios, pavimentos, calzadas, aceras, azoteas, etc.; mientras que las superficies permeables las constituyen los jardines, algunos patios interiores, solares sin edificar, etc. El alto porcentaje de superficies impermeables es una característica de las zonas urbanas. Es erróneo pensar que las aguas de escorrentía son esencialmente limpias. De la lluvia caída, una fracción se emplea en mojar las superficies, otra se evapora y otra queda atrapada en huecos y depresiones del suelo. Si sigue lloviendo el agua se moviliza hacia los puntos de recogida, drenando por superficies impermeables, y a su vez, limpiando y transportando en suspensión y disolución, los contaminantes acumulados sobre el suelo. 600
1.5
ó i s 500 n e p s ) 400 u L s / g 300 n m e ( s 200 o d i l 100 ó S
1.25 ) s / 3 1
m (
0.75 l a 0.5 0.25
0
0:00
d u a C
0 1:12
2:24
3:36
4:48
6:00
7:12
8:24
9:36
Hora del día (29/03/98) Sólidos en suspensión (mg/L)
Caudal (m3/s)
Suceso de rebose de alcantarillado unitario en la ciudad de Santiago de Compostela. Sólidos en suspensión y caudal. (Cagiao, et al., 1998)
600
1.40
) L / 500 g n m400 e ( s n o ó i 300 d i l s ó n e S p 200 s u s 100 0 0:00
1.20 1.0
b
.80 P ,
n Z
.60 ; .40
Q
.20
1:12
2:24
3:36
4:48
.0 6:00
Hora del día (29/3/98) [SS] mg/l
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Q (m3/s)
Zn (mg/L)
Pb (mg/L)
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Suceso de rebose de alcantarillado unitario en la ciudad de Santiago de Compostela. Metales pesados y caudal. (Cagiao, et al., 1998)
La contaminación difusa urbana se caracteriza por: ser aportada al medio acuático receptor en vertidos intermitentes ligados a un • fenómeno de naturaleza aleatoria: la lluvia; estar constituida por contaminantes procedentes de áreas extensas; • ser un tipo de contaminación muy difícil de medir en origen; • estar íntimamente ligada al tipo de actividad que soporta el suelo. • Hay que diferenciar dos tipos de fenómenos de contaminación asociados con las aguas pluviales o de tormenta: el agua de escorrentía contaminada que llega directamente o a través de las redes de alcantarillado separativas a las masas de agua receptoras, y un segundo tipo, el vertido por rebosamiento, o rebose, de alcantarillados unitarios, RAU, (CSO en la literatura anglosajona) con aguas que son mezcla de aguas pluviales y aguas residuales domésticas. En estas últimas redes hay que tener muy en cuenta el fenómeno de resuspensión de los sedimentos existentes, resultado de la sedimentación de partículas y contaminación, permitida por el régimen hidráulico existente durante el período seco. La punta de caudal de aguas residuales también puede llegar a la depuradora y, si supera su capacidad de tratamiento, también produce un rebose en tal punto. Estos tipos de descargas se diferencian tanto en los volúmenes vertidos, en las concentraciones de contaminantes, como en las fases y períodos de descarga.
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Tabla 39.- Características de la contaminación de aguas de escorrentía (Rangos y valores medios) PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA
SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN SS (mg/L) DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO - DBO (mg/L) DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO - DQO (mg/ (mg/L) L) NITRÓGENO AMONIACAL (NH4(NH4-N) (mg/L) NITRÓGENO TOTAL (mg/L) FÓSFORO TOTAL (mg/L) PLOMO (mg/L) ZINC (mg/L) ACEITES (mg/L) COLIFORMES TOTALES
ALEMANIA Varios autores [1]
ALEMANIA Varios autores autores [1]
NOTARIO MARSALEK [2]
GRAN BRETAÑA ELLIS (1989) [3]
USA - NURP (1983) [4]
ZONA RESIDENCIAL
AUTOPISTAS
USO MIXTO DEL SUELO
USO MIXTO DEL SUELO
USO MIXTO DEL SUELO
134
140 - 250
----
21 - 2582 (190)
*(1.0 - 2.0)
7 - 22 (11)
7 - 18
47 - 115
----
86 - 119
-----
----
0.8
0.5 - 0.9
0.5
----
----
----
---0.27 ----
---0.16 - 0.62 0.36 - 0.62
0.28 0.146 0.490
20 - 365 (85) (0.2 - 4.6) 1.45 0.4 - 20.0 (3.2) 0.02 - 4.30 (0.34) 0.01 - 3.1 (0.21) 0.01 - 3.68 (0.30) 0.09 - 2.8 (0.40)
----
2.0 - 7.0
3.3
----
----
----
----
----
---2100
400 - 5.10 5
NOVOTNY (1994) [5]
METCALFMETCALFEDDY (1991) [6]
ELLIS (1986) [7]
3 - 11000 (650)
67 - 101
3 - 11000
10 - 250 (30)
8 - 10
60 - 200
*(0.5 - 1.0)
65
----
40 - 73
----
----
----
----
----
1.5
3 - 10
----
3 - 10
0.2 - 1.7 (0.6)
0.67 - 1.66
0.2 - 1.7
0.03 - 3.1 (0.3)
0.27 - 0.33
0.4
*(0.5 - 1.0)
0.16
----
0.135 0.226 ----
-------
103 - 108
103 - 108
----
----
100
9
*(0.5 - 1.0)
*(0.5 - 1.0)
0.33 *(0.5 - 1.0)
0.14
*(0.5 - 1.0)
----
----
----
----
----
----
(UFC/100 ml) COLIFORMES FECALES (E. Coli ) (UFC/100 ml) m l)
(6430)
Los valores entre paréntesis representan valores medios excepto los de [4], que representan coeficientes de variación. [1] ALEMANIA, VARIAS FUENTES: Goettle (1978), paulsen (1984), Klein (1982), Grottker (1987), Durchschlag (1987), Grottker (1989), citados por MARSALEK, J. et al (1993), "Urban drainage systems: desing and operation", Wat. Sci. Tech., Vol. 27, Nº 12, pp 31-70. [2] MARSALEK, J.; SCHROETER, H.O.; (1989), "Annual loadings of toxic contaminants in urban runoff from the Canadian Great Lakes Basin", J. Water Poll. Res. Canada 23, pp 360-378. [3] ELLIS, J.B. (1989), "Urban Discharges and Receiving Water Quality Impacts (Adv. Wat. Poll. Control Nº 7), Pergamon Press, Oxford [4] NURP, (1983), "Final Report of the Nationwide Urban Runoff Program, vol. 1, Water Planning Division, US-EPA, Washington D.C., USA. [5] NOVOTNY, V.; OLEM,,H. (1994), "Water quality: prevention, identification and management of diffuse pollution",Van Nostrand Reinhold, ISBN 0-44200559-8. [6] METCALF & EDDY, (1991), "Wastewater Engineering. Treatment, Disposal. Reuse"; Tercera Edición; McGraw- Hill International Editions, Civil Engineering Series. ISBN 0-07-100824-1. [7] ELLIS, J.B. (1986), "Pollutional aspects of urban runoff", in Urban Runoff Pollution, Torno, H., J. Marsalek, y M. Desbordes, Eds., NATO ASI Series, Series G: Ecological Sciences, Vol 10, Springer- Verlag, Berlín.
2.2.4.- Variación temporal de la contaminación de las aguas residuales A partir de los valores de cargas por habitante y día de diferentes contaminantes presentados anteriormente es posible calcular, junto con los valores de dotaciones de abastecimiento por habitante y día, las concentraciones medias de los mismos. Sin embargo, a lo largo del día, al igual que lo hacen los caudales, las concentraciones de contaminantes de un agua residual urbana varían. Siguen una curva similar a la que describe la variación de caudales, con puntas casi simultáneas. Son habituales, por ejemplo, coeficientes punta de valor 1.5 en las concentraciones de DBO 5.
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COEFICIENTES DE VARIACIÓN DE CAUDALES SOBRE EL Qmedio DURANTE UN DÍA 1.8 1.6 1.4 E 1.2 T N E 1.0 I C I F 0.8 E O 0.6 C
Meruelo
0.4 0.2 0.0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2
HORA DELDÍA
COEFICIENTES DE VARIACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE DBO SOBRE LA DBOmedia DURANTE UN DÍA 1.8 1.6 1.4 T 1.2 N E I 1.0 C I F 0.8 E O C 0.6
VIVEROS MERUELO
0.4 0.2 0.0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2
HORAS DELDÍA
En las gráficas anteriores se presentan los coeficientes de variación del caudal (Qi/Qm) y de las concentraciones de DBO 5 que llegan a dos depuradoras. La referida como MERUELO es la generada por un pueblo de Cantabria, de nombre San Miguel de Meruelo, de 438 habitantes. La referida como VIVEROS procede de la E.D.A.R. del mismo nombre en Madrid, y no tiene variación de caudal porque esta depuradora funciona a caudal constante. Las puntas de caudal son mucho más marcadas en poblaciones pequeñas. A continuación se presenta la evolución de caudales y de concentraciones de contaminación en la cuenca Triana-Los Remedios (18000 habitantes) de Sevilla.
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DBO5 - TIEMPO SECO - SEVILLA
800 700 600 500 L / g 400 m 300 200 100 0
0.300 0.250 0.200 0.150 0.100 0.050
) s / 3 m ( L A D U A C
0.000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 TIEMPO
SS - TIEMPO S ECO - SEVILLA
1.000 900 800 700 600 L / g 500 m 400 300 200 100 0
0,300 0,250 0,200 0,150 0,100
) s / 3 m ( L A D U A C
0,050 0,000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 TIEMPO
En pequeños núcleos se producen grandes variaciones tanto de caudal como de carga de contaminación, tal como se aprecia en la figura siguiente:
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Q 3 (m /h)
DQO DBO (mg/L) DBO DQO Caudal
Horas
Figura.- Variación simultánea de DQO, DBO y caudal durante las 24 horas de 1 día en una población de 500 habitantes (Fuente: Collado, 1991).
El análisis de este tipo de curvas de variación de contaminación a lo largo del día permiten detectar la posible presencia de vertidos industriales con alta carga. Se pueden detectar ciclos productivos analizando las variaciones día – noche, o las variaciones entre días laborables y días festivos. Este tipo de estudios también permite detectar posibles problemas en los rendimientos de procesos biológicos con bajos tiempos de retención, por ejemplo los de alta carga, que si se han diseñado para valores medios de DBO5, puede que en determinadas horas del día no alcancen los rendimientos esperados.
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2.3.- DOTACIONES Y PERIODO DE PROYECTO Para la planificación y realización de un proyecto de abastecimiento de agua a una población o para el dimensionamiento de un determinado sistema de saneamiento es necesario predecir la evolución de los caudales en el futuro. El proyecto tendrá una determinada vida útil y será necesario conocer el número de personas a las que tendrá que servir en ese momento. Se deberá satisfacer esa demanda futura. Por supuesto, cualquier previsión estará sujeta a errores. Cualquier actuación de la ingeniería sanitaria necesita de estimaciones de la población. Estas estimaciones determinarán de forma directa las inversiones a realizar y, por ejemplo, las posibles fases de construcción de la infraestructura. Para conocer la demanda futura de un determinado servicio o la necesidad de un determinado bien por una población se utiliza el concepto de dotación, como ya se ha comentado. La cantidad a consumir de un determinado bien por una población es igual a la población (número de habitantes) por un cierto consumo unitario o dotación. Por ejemplo, para agua de abastecimiento se habla de litros - habitante - día (L/hab·d). La estimación de la población futura se puede realizar a partir de modelos que permitirán predecir “valores probables”. Calcular la dotación futura también es un problema importante ya que de nuevo es una variable que depende de gran cantidad de factores (desarrollo, nivel de vida, tendencias urbanísticas, hábitos, …). Los errores en la estimación de los dos parámetros anteriores están en proporción directa con el periodo de proyección de los datos. Los proyectos o la dotación de un determinado servicio se hace para un periodo de validez del proyecto. El periodo de proyecto es un valor que depende de factores tanto políticos como técnicos. Entre los factores políticos tenemos la planificación de inversiones (prioridad en resolución de demandas); entre los factores técnicos hay que tener en cuenta la economía de escala y la durabilidad o vida probable de las obras e instalaciones y su periodo de vigencia u obsolescencia. Los periodos de proyecto más frecuentemente usados oscilan entre los 10 y 30 años. 10 ó 20 son valores normales en obras hidráulicas y sanitarias.
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